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D_(354)大孔阴离子树脂的介电谱研究:浓厚粒子分散系界面极化弛豫的实验性探讨

陈震  
【摘要】: 作为反映极化这一几乎所有物质都具有的最根本的物理化学性质最有力的手段,介电谱方法已成功应用于材料、化学、生物、医药、石油化工等各个科学领域,并且越来越被人们认为是表征各类体系最有效的方法之一。 本文介绍了介电谱方法这一在国内比较陌生的能谱方法的概念及其特点,简单回顾了适用于非均匀体系的Maxwell-Wagner理论的发展历程,并且总结了该理论在不同体系中的具体应用;对于粒子分散体系,简单介绍了近年来对相界面性质的理解,并且简要概括了目前介电谱方法在粒子分散系中的应用形式、应用优点、以及应用目的。基于上述理解,结合Maxwell-Wagner理论、Hanai理论和方法、以及Dukhin和O'Brien对粒子分散系的电动研究结果,实验性地用介电谱方法研究了D_(354)大孔阴离子交换树脂悬浊液的界面极化弛豫现象。 1、溶液浓度对树脂悬浊液介电行为的影响Ⅰ:对分散在不同浓度KCl溶液的树脂悬浊液进行介电测量,发现各体系在10~6Hz附近出现明显的介电弛豫现象,并表现出规律性的浓度依存性。通过Cole-Cole公式对介电谱进行拟合获得各体系的介电参数,进而利用Hanai方法计算得到体系的相参数,并且结合树脂及其界面性质解释了相参数。在此基础上分析得到体系的上述弛豫属于界面极化弛豫,发现其行为与溶液浓度或德拜长度存在定量关系,并发现双电层中对离子浓度相当于0.7mM溶液浓度。 2、溶液浓度对树脂悬浊液介电行为的影响Ⅱ:在Maxwell-Wagner理论的基础上,从电动力学的角度描述了悬浊液中树脂球在外加电场下的极化行为、定量分析了体系界面极化弛豫的弛豫时间、提出了浓厚粒子分散系感应偶极矩模型并由此讨论了该偶极矩的大小以及与体系界面极化弛豫行为之间的关系。结果表明:提出的感应偶极矩模型是合理的,并且决定于树脂的表面电位以及德拜长度;弛豫时间决定于德拜长度及对离子的性质;弛豫强度和电导率增量决定于感应偶极矩的大小。此外还获得了目前体系双电层的表面电位和ζ电位,尽管有些高估。 3、体系其它性质对树脂悬浊液介电行为的影响:分别研究了共离子、对离子、 摘要 以及有机溶剂对树脂悬浊液界面极化弛豫行为的影响,其结果进一步证实了上述分 析结果的合理性,并且发现:A13+离子由于被树脂表面吸附改变了树脂的表面电位 从而显著影响体系的介电行为,而其它共离子的影响却可以忽略;对离子对体系介 电行为的影响表现在浓度对其影响上,而自身性质的影响却不显著;树脂在转型或 浸泡于有机溶剂将改变自身性质从而显著影响体系的介电行为。 此外,通过这种介电谱方法也方便地获得了树脂在不同条件下的荷电、溶胀、 内部电荷迁移、以及树脂悬浊液体系的构造等等十分丰富的信息。


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